结构拓扑优化局部性能约束下轻量化问题的互逆规划解法

瞄准应力和疲劳两类局部性能约束的结构拓扑优化问题,概括为分部、化整和集成3种解法和交融的3种解法.类比应力约束推导了疲劳寿命情况,一为满疲劳公式,二为疲劳寿命约束全局化的结构寿命概念和相应解法.在倒寿命概念下,实现了疲劳寿命约束与应力约束的规格统一.补充和完整了已有的局部性能约束解法,属于单目标模型,有分部、化整、集成三种.基于互逆规划理论的定理2,提出了交融优化解法,是单目标与多目标模型的交替迭代,有分部-集成、化整-集成和集成-集成三种.上述6种解法皆基于ICM方法进行建模.算例表明,新提出的交融优化方法提高了求解效率.     

函数高阶展式的推广及其对优化方法的应用

本文提出了函数变换下的函数展式,从而将Taylor展式推广成无穷个,进而将Duffin缩并公式由一阶推得了高阶表达。本文接着提出了用函数变换求解数学规划的一个定理,用之可提高求解效率。在高阶缩并公式的基础上,本文第三部分对于广义几何规划提出了收敛快且稳的两个二阶原算法,在结构优化上有着广泛的应用前景。本文最后运用函数变换的函数展式提出了高效率的函数变换下的满应力设计方法。     

基于正弦型光滑打磨函数对0-1规划问题的连续化求解方法

传统的求解0-1规划问题方法大多属于直接离散的解法.现提出一个包含严格转换和近似逼近三个步骤的连续化解法:(1)借助阶跃函数把0-1离散变量转化为[0,1]区间上的连续变量;(2)对目标函数采用逼近折中阶跃函数近光滑打磨函数,约束条件采用线性打磨函数逼近折中阶跃函数,把0-1规划问题由离散问题转化为连续优化模型;(3)利用高阶光滑的解法求解优化模型.该方法打破了特定求解方法仅适用于特定类型0-1规划问题惯例,使求解0-1规划问题的方法更加一般化.在具体求解时,采用正弦型光滑打磨函数来逼近折中阶跃函数,计算效果很好.     

膜结构截面的离散变量优化方法

通过将截面离散变量映射为连续变量的途径,建立了力学模型,在连续变量截面优化最优解附近构造两节模型,并采用两节无限小单元的无穷组合的方法和变量无量纲化技术对膜结构截面离散变量进行了优化。建立了多工况下具有尺寸和应力、位移约束的优化模型。同时,在MSC.Patran和MSC.Nastran上进行了二次开发。数值算例结果表明该理论的高效性和二次开发的可行性。     

工程结构优化设计的一个途径——序列二次规划SQP

本文在以前工作的基础上,建议一个途径,供工程结构设计的截面优化和几何优化之用。这个途径的基本思想是把非线性规划化为一系列二次规划来求解。与过去常用的序列线性规划(SLP)相比,它比较适应于非线性程度高的工程结构优化问题。根据问题的性质,可以用不同的方式建立二次规划,这里将介绍我们已实践过的四种数学模型,收敛都相当稳定而且迅速。二次规划有成熟的算法,计算工作量虽比线性规划略大,但因整个优化过程的迭代次数可以减少,总的计算工作置并不大。序列二次规划法在工程结构优化领域中是一个有待进一步发展的途径。     

板壳结构的应力约束拓扑优化设计

应用ICM 方法求解应力约束板壳结构拓扑优化问题,建立了寻求应力约束下结构重量极小化,每个设计变量控制多个单元的板壳结构拓扑优化近似显式的ICM 模型. 依据畸变能理论,将应力约束转化为畸变能约束,减少了约束数目. 采用精确对偶映射下的序列二次规划算法进行求解. 以MSC.Patran 及MSC.Nastran 软件作为二次开发平台,应用PCL 语言实现本文算法. 算例对于设计变量数等于单元数时的情况进行了计算,表明该方法有效可行.     

阶跃函数高精度逼近的结构拓扑优化方法

为了提高ICM(Independent Continuous and Mapping,即独立、连续及映射)方法求解结构拓扑优化问题的效率,本文改进了阶跃函数及其反函数的近似逼近函数——磨光函数和过滤函数。首先,分别对ICM方法的磨光函数和过滤函数按其近似性质进行了分类,分别提出了左磨函数及上磨函数和快滤函数、慢滤函数诸概念。然后得到了区分左磨函数和上磨函数、快滤函数和慢滤函数的两个判别定理;并得到了上磨函数、快滤函数、左磨函数及慢滤函数的对应定理。进而给出了磨光函数和过滤函数的使用准则及构造方法。采用高精度逼近阶跃函数的指数类函数做左磨函数,建立近似程度更高的结构拓扑优化模型。上述策略带来了模型非线性程度的提高,增加了求解难度。为此,针对该模型给出了精确对偶映射下的序列二次近似解法。最后,以位移约束下结构重量最轻化问题为例,叙述了相应的算法。与以往采用幂函数做磨光函数时算例结果的比较表明,该模型的提法合理,算法更加有效。由于提高了对阶跃函数及其反函数的逼近程度,从而显著减少了优化迭代的次数。     

Topology optimization design of continuum structures under stress and displacement constraints

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＴｏｐｏｌｏｇｙｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｉｎｕｕｍｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｄｉｄｎｏｔｄｅｖｅｌｏｐｒａｐｉｄｌｙｕｎｔｉｌｒｅｃｅｎｔｔｅｎｙｅａｒｓｏｗｉｎｇｔｏｔｈｅｓｐｅｃｉａｌｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓｉｎｖｏ...     

三维连续体结构形状优化设计

借助于一种名为“函数识别器”的工具,采用“二级控制”法,实现了用设计变量控制网格变动的目的,除此之外,又在单刚对设计变量的导数计算,目标函数的敏度计算方面,提出了新的解决方案,最后给出了两个算例,验证了以上方法是切实可行的。